高演色LED照明技術(shù)發(fā)展趨勢二

二、LED白光與演色性

由于LED晶粒磊晶技術(shù)尚無法達(dá)到在單一顆晶粒中發(fā)出可見光全波段(380～780nm)波長，無論是二元機臺、四元機臺，皆僅能形成全波段波長中單一波段、單一色彩光源，因此目前LED晶粒材料為達(dá)到全波段、高演色性及白光合成目標(biāo)，皆需仰賴不同色彩LED晶粒同時使用，或者使用發(fā)光體激發(fā)熒光粉造成波長轉(zhuǎn)化方式合成LED白光。

(一) LED白光混合方式

LED組成白光方式，總論來說可分為二波長型與三波長型2種，而無論是二波長或三波長型白光混合方式，皆又以單晶粒混合熒光粉方式組成及多晶粒型方式組成。無論那種合成方式，LED白光組成方式皆是以紅+綠+藍(lán)為基礎(chǔ)，變化衍生出白光合成技術(shù)。

圖三整理4種目前常見的LED混合白光方式，其中類型一為最典型白光合成方式，由紅色、綠色及藍(lán)色LED組合成的封裝芯片，因受限于不同波長光源需驅(qū)動電壓之差異造成的技術(shù)性成本限制，雖然直接由RGB 3色LED所組成之LED白光質(zhì)量佳，但因成本高、技術(shù)困難導(dǎo)致良率低、固障率高、易在冷熱流明環(huán)境下產(chǎn)生色坐標(biāo)偏移問題，因此雖然類型一的白光混合方式產(chǎn)生的波長演色性高，但實際使用率卻極少。

類型二使用藍(lán)色LED加上黃色熒光粉的白光混合方式，為最常使用之白光合成方式。其使用熒光粉釔鋁石榴石(YAG)為Nichia專利，另外還有Osram專利的硅酸鹽熒光粉(TAG)配方，但目前仍以黃色熒光粉加上藍(lán)色LED合成白光LED為最普遍使用方式，其具成本低、單一使用藍(lán)光晶粒無驅(qū)動電壓問題、無冷熱流明色偏移特性。缺點則在于演色性較低，通常CRI約70且R9=0，因此僅適用于LED高色溫照明產(chǎn)品(大于5000～6500K)應(yīng)用。

類型三為臺廠晶電所推廣之白光LED合成方式，主打色溫2700K市場，采用紅色LED加藍(lán)色LED混合綠色熒光粉方式，合成低色溫LED白光技術(shù)，因少了綠色LED，相較于RGB LED晶粒封裝的電源驅(qū)動問題容易許多，且紅光LED直接補足藍(lán)光LED加黃色熒光粉紅色波長缺段的缺點，因此平衡類型一及類型二的技術(shù)及演色性問題。

但由于綠色熒光粉本身無法被紅光波段所激發(fā)，因此若采用此配方合成出之低色溫白光，恐怕會衍生另一層面光效亮度減損問題，紅光受到綠色熒光粉覆蓋所衍生光效減損率約70%左右，但此問題有望隨著LED晶粒亮度提高減緩。類型三為類型二及類型一的折衷選擇方案，在發(fā)光演色性方面，類型三因直接使用紅光LED提高紅色波長演色性，加上藍(lán)色LED既有的發(fā)光波段，因此封裝理想CRI值最高可達(dá)到90以上，但實際上仍存有技術(shù)性問題。

而類型四為使用UV LED加上RGB熒光粉所合成之白光技術(shù)，相較于類型二僅能做出理想的高色溫白光及類型三的低色溫白光，類型四的白光技術(shù)可由調(diào)整RGB熒光粉比例來調(diào)整白光色溫，且使用波長單一晶粒不受驅(qū)動電壓不同影響，具備色度穩(wěn)定、發(fā)光波長廣等優(yōu)點特性，為4種類型中演色性最理想，且色彩表現(xiàn)最接近太陽自然光之白光技術(shù)。然UV LED因波長短、能量高而衍生能量難以控制的問題，傳統(tǒng)的環(huán)氧樹脂封裝的壽命較短，長期使用封裝體易出現(xiàn)脆化、UV能量外泄等可靠度問題，一般來說UV LED普遍采用玻璃封裝，直接限制封裝可容規(guī)格及材料選擇。材料限制與能量難以控制，導(dǎo)致UV LED雖然合成白光質(zhì)量佳，卻難以普遍應(yīng)用于要求低危險、可靠度佳的一般照明市場。

(二) 過去LED白光應(yīng)用為何不受限于演色性問題影響

LED具有亮度足夠、壽命長、體積小、耐震度高、節(jié)電、單一波長及色彩等特性，過去LED滿足各類型光源應(yīng)用市場，如紅綠燈、交通號志、顯示廣告牌、戶外顯示屏幕、手機背光、TV背光等。然而，從這些應(yīng)用類型中可發(fā)現(xiàn)，這些LED傳統(tǒng)應(yīng)用類型皆使用LED做為主動發(fā)光體，而非光源與照物關(guān)系。因此過去LED主流的應(yīng)用市場，對LED光源帶來被照物的色彩飽和及還原演色性，都無任何要求。

應(yīng)用市場差異與照明應(yīng)用對光質(zhì)量的期待，為影響LED開始注重演色性、全波長等因素的主因。過去的各項應(yīng)用如TV與彩色面板手機，在色彩變化上，使用彩色濾光片進(jìn)行紅綠藍(lán)色彩處理，做為背光源的LED僅需提供高度足夠的白光即可，不涉及LED本身演色性問題。而交通號志燈、指示燈、特殊波長醫(yī)療應(yīng)用等，也因LED本身特性可提供單一色彩波長且亮度足夠，而被廣大使用。

至于車用照明，因道路需求無涉及演色性問題，車用照明僅對照明光源有安全性、高亮度、可靠度及耐受度需求，對色彩還原程度并無要求;常被應(yīng)用于道路使用的水銀燈、高壓鈉燈，也不應(yīng)其低演色性影響應(yīng)用市場范圍。最后，LED在戶外大型顯示屏幕應(yīng)用，雖然也以紅綠藍(lán)3種LED芯片做為顏色調(diào)整方式，但因戶外大型顯示屏幕的體積面積大，色域廣度問題可不受限于窄小空間，更可鏈接驅(qū)動IC進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此不受演色性問題所影響。

三、色坐標(biāo)偏移為LED白光在照明應(yīng)用中難以解決的問題

前段討論了白光與色溫合成的比重方式，但無論何種白光合成，或者是色溫合成方式，在LED照明應(yīng)用方面，色坐標(biāo)偏移一直是各家廠商在技術(shù)研發(fā)上積極尋求突破的重要目標(biāo)。